通过克尔介质的近场热上转换与能量转移：理论

我们提出了一种在纳米尺度上实现大的克尔$\chi^{(3)}$介导热能转移的方法，该方法利用了三谐振四波混频过程的通用耦合模式描述。我们分析了在平面几何结构中从红外到近红外波段的热上转换和能量转移效率，该结构涉及两块支持相距较远的表面等离激元极化子的平板，并由受外部入射光照射的非线性$\chi^{(3)}$介质隔开。我们研究了多种几何和材料构型以及不同类别的介入介质——无论是块材还是嵌入非线性材料中的纳米颗粒纳米结构晶格——旨在共振增强入射光与热平板共振的相互作用。我们发现，即使整个系统处于热力学平衡状态（室温下）且在典型的驱动强度$\sim\mathrm{W}/\mu\mathrm{m}^2$下，由此产生的上转换速率也能接近甚至超过在典型的对称和非平衡真空隔开平板构型中实现的热通量速率。所提出的非线性方案可能被用于在纳米尺度上实现热冷却和制冷，并主动控制具有显著不同共振响应的材料之间的热传递。